快谱小型核反应堆堆芯瞬态多物理场耦合方法及计算机程序产品技术

本发明专利技术涉及一种快谱小型核反应堆堆芯瞬态多物理场耦合方法及计算机程序产品，以解决现有核反应堆瞬态分析考虑因素单一，结果可信度低，无法实现精确、全面评估的技术问题。该方法包括：1、构建核反应堆堆芯的中子微观截面数据库；构建中子输运动力学、热工水力及力学计算网格模型；设置热工水力计算和力学计算的物性参数；2、设定预设总模拟时间，并确定计算的初始条件和边界条件；3、时间步进，更新当前时间；计算当前时间下堆芯的功率密度分布、温度分布、密度分布及堆芯和反射层计算网格的各个节点位移，进行迭代，直至满足收敛限值，判断是否为最终时间，若是，则计算结束；若否，则继续时间步进，直至计算结束。直至计算结束。直至计算结束。

【技术实现步骤摘要】
快谱小型核反应堆堆芯瞬态多物理场耦合方法及计算机程序产品


[0001]本专利技术涉及核反应堆瞬态数值分析方法，具体涉及一种快谱小型核反应堆堆芯瞬态多物理场耦合方法及计算机程序产品。

技术介绍

[0002]快谱小型核反应堆具有能量密度大、机动性高、部署速度快、寿期长等技术优势，不但在解决世界日益增长的能源需求和全球气候变暖等重大问题上具有巨大潜力，而且是未来陆上应急供电、深海、深空等领域特种能源的最优选择，可从根本上解决现有装备的动力短板。
[0003]由于快谱小堆采用紧凑型设计，燃料密实排布，堆芯尺寸小，堆芯中快中子平均自由程长，导致堆芯中子泄漏强，堆芯燃料多普勒效应的反应性反馈较小，燃料主要的反应性反馈来源是温度或者外力载荷作用下的力学效应导致的几何变形；同时由于堆芯中子泄露强，堆芯反射层的几何变形反应性反馈系数也较大，且反射层的温度升高和堆芯燃料不同，具有时间延迟的特征，受堆芯传热过程影响，反射层的准确模拟对瞬态计算精度影响也较大；应用环境复杂，如陆上车载可移动快谱小堆受到撞击、震动等外力载荷作用下的力学效应影响概率大于传统反应堆，这些外力载荷也会影响堆芯的几何形状，影响堆芯中子学特性，因此，考虑温度和外力载荷作用下的力学效应，开展基于中子学
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热工水力
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力学多物理耦合的堆芯瞬态特性分析对于快谱小型核反应堆的运行安全具有重要意义。
[0004]目前，快谱小型核反应堆堆芯瞬态特性分析一般将力学效应导致的变形近似为轴向变形和径向变形，无法考虑局部的非均匀变形；力学变形对堆芯反应性的影响一般将几何变化等效为核子密度的变化，存在瞬态计算过程中等效性不能严格满足的风险；单一考虑温度载荷不满足快谱小型核反应堆复杂应用场景下的瞬态安全特性分析需求。综上，现有的快谱小型核反应堆堆芯瞬态多物理计算方法得出的结果缺乏一定可信度，尚无一套可以精确、全面评估快谱小型核反应堆堆芯瞬态安全特性的多物理耦合方法。

技术实现思路

[0005]为解决现有快谱小型核反应堆瞬态分析考虑因素单一，结果可信度低，无法对核反应堆堆芯瞬态安全特性实现精确、全面评估的技术问题，本专利技术提出一种快谱小型核反应堆堆芯瞬态多物理场耦合方法及计算机程序产品。
[0006]本专利技术提供的技术方案为：
[0007]一种快谱小型核反应堆堆芯瞬态多物理场耦合方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0008]S1、构建核反应堆堆芯的中子微观截面数据库；
[0009]同时，构建中子输运动力学计算网格模型、热工水力计算网格模型及力学计算网格模型；定义中子输运动力学计算网格模型为初始中子输运动力学计算网格，热工水力计
算网格模型为初始热工水力计算网格，力学计算网格模型为初始力学计算网格；
[0010]同时，基于反应堆堆芯的材料设置热工水力计算的物性参数及力学计算的物性参数；
[0011]S2、设定预设总模拟时间，并根据反应堆初始时间运行状态确定计算的初始条件和边界条件；所述初始条件包括初始温度分布、初始密度分布及初始节点位移分布；
[0012]S3、时间步进，更新当前时间；基于步骤S1中的中子微观截面数据库、中子输运动力学计算网格模型、热工水力计算网格模型、力学计算网格模型、热工水力计算的物性参数及力学计算的物性参数，计算当前时间下堆芯的功率密度分布、温度分布、密度分布及堆芯和反射层计算网格的各个节点位移，并进行迭代，直至堆芯的功率密度分布、温度分布、密度分布及堆芯和反射层计算网格的各个节点位移满足设定的收敛限值，则判断是否达到预设总模拟时间的最终时间，若已到达设定的最终时间，则计算结束；若未到达最终时间，则继续时间步进，更新当前时间，直至到达设定的最终时间，计算结束，获得预设总模拟时间内核反应堆堆芯的瞬态特性。
[0013]进一步地，步骤S3具体为：
[0014]S3.1、获取历史温度分布，历史温度为所述初始温度分布；获取历史密度分布，历史密度分布为所述初始密度分布；获取历史网格，历史网格为所述初始中子输运动力学计算网格及初始热工水力计算网格；获取历史节点位移分布，历史节点位移分布为所述初始节点位移分布；
[0015]S3.2、执行第一循环体系，直至满足第一结束条件；
[0016]所述第一循环体系包括：
[0017]A1、时间步进，获取当前时间；
[0018]A2、执行第二循环体系，直至满足第二结束条件；
[0019]A3、判断是否执行下一时间步；
[0020]所述第一结束条件为：判断当前时间是否为预设总模拟时间的最终时间，若是，则计算结束；若否，则返回步骤A1，直至计算结束，获得预设总模拟时间内核反应堆堆芯的瞬态特性；
[0021]所述第二循环体系包括：
[0022]B1、基于步骤S1的中子微观截面数据库，根据燃料和反射层的历史温度分布和历史密度分布，采用双线性插值方法计算，获得各个核素的当前微观反应截面；
[0023]根据历史密度分布和历史节点位移分布，获得当前核子密度；
[0024]根据各个核素的当前微观反应截面和当前核子密度计算燃料和反射层对应材料的中子宏观反应截面；
[0025]B2、根据步骤B1获得的燃料和反射层对应材料的中子宏观反应截面和历史网格中对应的中子输运动力学计算网格，进行中子输运动力学计算，获得堆芯功率密度分布；
[0026]B3、根据步骤B2获得的堆芯功率密度分布采用插值法计算得到对应热工水力计算所需的热源项Q；
[0027]B4、根据步骤B2获得的堆芯功率密度分布、步骤B3获得的热源项Q及历史网格中对应的热工水力计算网格，基于热工水力计算的物性参数，对堆芯内燃料和反射层进行热工水力计算，获得堆芯的当前温度分布、当前密度分布和当前压力分布；所述当前温度分布和
当前密度分布分别更新为下一轮迭代的历史温度分布和历史密度分布；
[0028]B5、根据步骤B4中堆芯的当前温度分布、当前压力分布、当前外力载荷及初始力学计算网格，并基于力学计算的物性参数；开展堆芯和反射层的力学计算，得到堆芯和反射层在计算网格上的当前节点位移，并更新为下一轮迭代的历史节点位移，通过更新后的历史节点位移获得下一轮迭代的历史网格；
[0029]所述第二结束条件为：判断当前时间下，堆芯的功率密度分布、温度分布、密度分布和节点位移是否收敛；若未满足设定的收敛限值，则返回步骤B1，直至满足设定的收敛限值；若满足设定的收敛限值，则执行步骤A3。
[0030]进一步地，步骤S1具体为：
[0031]采用蒙特卡洛程序，根据不同状态点下的燃料温度、燃料密度、冷却剂温度、冷却剂密度、反射层温度及反射层密度的状态参数，通过评价数据库构建不同状态点下的对应的中子微观截面构成的中子微观截面数据库；
[0032]根据反应堆堆芯的几何和材料，基于网格划分软件构建中子输运动力学计算网格模型、热工水力计算网格模型及力学计算网格模型。
[0033]进一步地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快谱小型核反应堆堆芯瞬态多物理场耦合方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建核反应堆堆芯的中子微观截面数据库；同时，构建中子输运动力学计算网格模型、热工水力计算网格模型及力学计算网格模型；定义中子输运动力学计算网格模型为初始中子输运动力学计算网格，热工水力计算网格模型为初始热工水力计算网格，力学计算网格模型为初始力学计算网格；同时，基于反应堆堆芯的材料设置热工水力计算的物性参数及力学计算的物性参数；S2、设定预设总模拟时间，并根据反应堆初始时间运行状态确定计算的初始条件和边界条件；所述初始条件包括初始温度分布、初始密度分布及初始节点位移分布；S3、时间步进，更新当前时间；基于步骤S1中的中子微观截面数据库、中子输运动力学计算网格模型、热工水力计算网格模型、力学计算网格模型、热工水力计算的物性参数及力学计算的物性参数，计算当前时间下堆芯的功率密度分布、温度分布、密度分布及堆芯和反射层计算网格的各个节点位移，并进行迭代，直至堆芯的功率密度分布、温度分布、密度分布及堆芯和反射层计算网格的各个节点位移满足设定的收敛限值，则判断是否达到预设总模拟时间的最终时间；若已到达设定的最终时间，则计算结束；若未到达最终时间，则继续时间步进，更新当前时间，直至到达设定的最终时间，计算结束，获得预设总模拟时间内核反应堆堆芯的瞬态特性。2.根据权利要求1所述的快谱小型核反应堆堆芯瞬态多物理场耦合方法，其特征在于：步骤S3具体为：S3.1、获取历史温度分布，历史温度为所述初始温度分布；获取历史密度分布，历史密度分布为所述初始密度分布；获取历史网格，历史网格为所述初始中子输运动力学计算网格和初始热工水力计算网格；获取历史节点位移分布，历史节点位移分布为所述初始节点位移分布；S3.2、执行第一循环体系，直至满足第一结束条件；所述第一循环体系包括：A1、时间步进，获取当前时间；A2、执行第二循环体系，直至满足第二结束条件；A3、判断是否执行下一时间步；所述第一结束条件为：判断当前时间是否为预设总模拟时间的最终时间，若是，则计算结束；若否，则返回步骤A1，直至计算结束，获得预设总模拟时间内核反应堆堆芯的瞬态特性；所述第二循环体系包括：B1、基于步骤S1的中子微观截面数据库，根据燃料和反射层的历史温度分布和历史密度分布，采用双线性插值方法计算，获得各个核素的当前微观反应截面；根据历史密度分布和历史节点位移分布，获得当前核子密度；根据各个核素的当前微观反应截面和当前核子密度计算燃料和反射层对应材料的中子宏观反应截面；B2、根据步骤B1获得的燃料和反射层对应材料的中子宏观反应截面和历史网格中对应的中子输运动力学计算网格，进行中子输运动力学计算，获得堆芯功率密度分布；B3、根据步骤B2获得的堆芯功率密度分布采用插值法计算得到对应热工水力计算所需
的热源项Q；B4、根据步骤B2获得的堆芯功率密度分布、步骤B3获得的热源项Q及历史网格中对应的热工水力计算网格，基于热工水力计算的物性参数，对堆芯内燃料和反射层进行热工水力计算，获得堆芯的当前温度分布、当前密度分布和当前压力分布；所述当前温度分布和当前密度分布分别更新为下一轮迭代的历史温度分布和历史密度分布；B5、根据步骤B4中堆芯的当前温度分布、当前压力分布、当前外力载荷及初始力学计算网格，并基于力学计算的物性参数；开展堆芯和反射层的力学计算，得到堆芯和反射层在计算网格上的当前节点位移，并更新为下一轮迭代的历史节点位移，通过更新后的历史节点位移获得下一轮迭代的历史网格；所述第二结束条件为：判断当前时间下，堆芯的功率密度分布、温度分布、密度分布和节点位移是否收敛；若未满足设定的收敛限值，则返回步骤B1，直至满足设定的收敛限值；若满足设定的收敛限值，则执行步骤A3...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡田亮，姜夺玉，李达，王立鹏，张信一，曹璐，苏春磊，陈立新，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：